Inhaltsverzeichnis

Seite   I

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INHALTSVERZEICHNIS   I

ABBILDUNGSVERZEICHNIS   II

TABELLENVERZEICHNIS III   

ABK  ÜRZUNGSVERZEICHNIS  IV

1  EINLEITUNG  1

1.1  Problemstellung  1

1.2  Zielsetzung  3

1.3  Aufbau  4

2  EVOLUTION DER MOBILFUNKNETZE  5

2.1  Historische Entwicklung der Mobilfunkgenerationen  5

2.2  Global System for Mobile Communication (GSM)  6

2.2.1  High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)  6

2.2.2  General Packet Radio Service (GPRS)  7

2.2.3  Enhanced Data Service for GSM Evolution (EDGE)  7

2.3  Universal Mobile Telekommunikations System (UMTS)  8

2.4  Standardisierungsgremien  11

2.4.1  International Telecommunication Union (ITU)  13

2.4.2  Open Mobile Alliance (OMA)  14

2.4.3  Internet Engineering Task Force (IETF)  15

2.4.4  European Telecommunications Standards Institute (ETSI)  15

2.4.5  Third Generation Partnership Project (3GPP) und Third Generation  

Partnership  Project 2 (3GPP2)  16

3  IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM (IMS)  19

3.1  Definition IP Multimedia Subsystem  19

3.2  Technologischer Aufbau des IMS  19

3.3  Schlüsselfunktionalitäten innerhalb des IMS  23

3.3.1  Session Initiation Protocol  24

3.3.2  Multimedia Session Negotiation and Management  25

3.3.3  Mobility Management  26

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Seite   II

3.3.4  Quality of Service (QoS)  26

3.3.5  Service Execution, Control and Interaction  27

3.3.6  3rd Party Developer Interfaces  28

3.4  Sicherheit in der IMS Architektur  29

3.5  Implementierung von Diensten  32

4  DIE ANALYSE DER DIENSTE UND ANWENDUNGEN - CHANCEN  

UND  RISIKEN POTENTIELLER ANWENDUNGEN  35

4.1  Abgrenzung des Begriffs Dienste  35

4.2  Abgrenzung des Begriffs Anwendung  35

4.3  Dienstkategorien  36

4.3.1  Person-to-Person Communication  39

4.3.1.1  Push to Talk over Cellular (Po)C  39

4.3.1.2  Push to See  40

4.3.1.3  Instant Messaging (IM)  40

4.3.1.4  Rich Voice  41

4.3.2  Person-to-Content Communication  41

4.3.2.1  Infotainment, Edutainment, Entertainment  42

4.3.2.2  Location Based Service  42

4.3.2.3  Presence  42

4.4  Anwendungskategorien  42

4.5  Anwendungsszenarien  45

4.5.1  Beispielszenario Mobile Auktion  45

4.5.1.1  Anwendungen und Dienste  46

4.5.1.2  Anwendergruppen  46

4.5.1.3  Chancen- und Risikenanalyse  46

4.5.2  Beispielszenario Unternehmerin Sabine  47

4.5.2.1  Anwendungen und Dienste  48

4.5.2.2  Anwendergruppen  48

4.5.2.3  Chancen- und Risikenanalyse  49

4.5.3  Beispielszenario Fussballfan Werner  49

4.5.3.1  Anwendungen und Dienste  50

4.5.3.2  Anwendergruppen  50

4.5.3.3  Chancen- und Risikenanalyse  51

4.5.4  Weitere Beispielszenarien  51

4.5.5  Marktsituation in Deutschland  52

5  SCHLUSSBETRACHTUNG  56

5.1  Zusammenfassung der Chancen und Risiken  56

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6  FAZIT  59

LITERATURVERZEICHNIS   62

B  ücher  62

Zeitschriften   63

Internet______________________________________________________   64

Abbildungsverzeichnis   

Seite   

Abbildungsverzeichnis   

Abb.  1: Entwicklung der Teilnehmerzahlen  

Abb.  2: Zusammenfassung der digitalen Mobilfunkgenerationen  

Abb.  3: Verhältnis zwischen Bandbreite und Dienstevolution  

Abb.  4: Entwicklung der 3G/ UMTS Teilnehmer  

Abb.  5: Standardisierungsgremien für 3G  

Abb.  6: Die drei wichtigsten Gremien  

Abb.  7: Das IP Multimedia Subsystem  

Abb.  8: Kommunikation ’person-to-person’ ohne IMS  

Abb.  9: Kommunikation ’person-to-person’ mit IMS  

Abb.  10: Netzwerkübersicht ohne IMS  

Abb.  11: Netzwerkübersicht mit IMS  

Abb.  12: Übersicht der Mobilfunkgenerationen und ihrer  

Entwicklungsstufen   

Abb.  13: IMS Sicherheitsarchitektur  

Abb.  14: Vertikaler und Horizontaler Ansatz des  

Entwicklungsmodells   

Abb.  15: Übersicht der sechs Dienstekategorien  

Abb.  16: Übersicht der mobile Dateneinnahmen  

Abb.  17: Beispiele für Kommunikationsanwendungen  

Abb  18: Übersicht möglicher Anwendungen  

Tabellenverzeichnis Seite III

Tabellenverzeichnis

Tabelle 01: Leistungsfähigkeit des IP Multimedia Subsystem ______ 34 Tabelle 02: Kombination von Dienst und Anwendung ____________ 44

Tabelle 03:

Abkürzungsverzeichnis Seite IV

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Einleitung Seite 1

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

Unsere Kommunikationswelt verändert sich fundamental durch die Nutzung von neuen Technologien, Diensten und Anwendungen wie z. B. durch das Internet oder den Mobilfunk. Innerhalb weniger Jahre ist z. B. die Mobilfunkkommunikation explosionsartig angestiegen und mittlerweile nutzen mehr als 1.5 Billionen Teilnehmer die zweite Mobilfunkgeneration. ¹ Die Entwicklung dieser neuen mobilen Technologie ging sehr rasant vonstatten und veränderte unseren täglichen Kommunikationsablauf, indem diese neuen Verfahren in vielen Bereichen die Möglichkeiten der Kommunikation zwischen den Menschen verbesserte und vereinfachte. Ein Beispiel für diese Vereinfachung in der Mensch-zu-Mensch Kommunikation ist die Nutzung von SMS Nachrichten. Die SMS war bzw. ist die Killer-Applikation in der zweiten Mobilfunkgeneration und forcierte dadurch die rasante Entwicklung im Mobilfunk. Wenn aber die Datenmengen in Betracht gezogen werden, vor allem im heutigen Flatrate Zeitalter, fällt der Vorteil für die Kommunikation über den SMS Versand weit zurück. Für ein Megabyte SMS Nachrichtenversand muss der Nutzer heutzutage 1400 € bezahlen. ² Für die Mobilfunkbetreiber war diese Einnahmequelle natürlich sensationell, aber die Entwicklung der Mobilfunktechnologien geht weiter, die Wertschöpfungsketten verändern sich und die Unternehmen müssen jetzt neue adäquate Einnahmequellen finden. Durch die tägliche Nutzung des Internets und die dort vorhandenen Anwendungen und Dienste, werden die Rufe nach Mobilfunkanwendungen, vergleichbar mit denen aus dem Internet, wie z. B. Instant Messaging (IM) oder Voice over IP (VoIP) immer lauter. In unserer heutigen Welt sollen diese technologischen Veränderungen den Menschen neue Möglichkeiten hinsichtlich Flexibilität und Effizienz bringen und darüber hinaus soll dieser Nutzen jederzeit und überall verfügbar sein. Diese effiziente Entwicklung existiert bei der stationären Kommunikation in Form des Internets.

¹ Vgl. UMTS Forum [02]; 2005; Seite 2

² Vgl. KPN; 2004; Seite 12

Einleitung Seite 2

„Noch schneller als das Mobiltelefon hat sich das Internet entwickelt. Es ist das am schnellsten wachsende Medium aller Zeiten. Dazu ein Vergleich: Um zehn Millionen Nutzer miteinander zu verbinden, benötigte

• das Telefon 40 Jahre

• das Telefax 20 Jahre

• das Handy 10 Jahre und

• das Internet lediglich 4 Jahre.

Heute verzeichnen wir, wie eingangs beschrieben, weltweit 680 Millionen Internet-User, deren Kommunikation über 15 Millionen Hostrechner in mehr als 200 Ländern erfolgt. Das Internet verbindet einerseits Menschen, anderseits vernetzt es Unternehmensprozesse. Das Internet bietet den Unternehmen ergänzende Vertriebswege und eröffnet Effizienzpotenziale. Mit der Entwicklung der digitalen Hochtechnologie besteht für die Menschen eine leicht verständliche und emanzipatorische Technologie für den direkten Zugriff auf Informationen, über alle geographischen Grenzen hinweg, sekundenschnell, in Sprache, Bild oder Film.“ 3

Diese leicht zugänglichen, einfach zu implementierenden Dienste und Anwendungen des Internets, die tagtäglich genutzt werden wie. z.B. IM, VoIP, email und vieles mehr wird nun für die mobile Nutzung durch technologische Weiterentwicklung im Mobilfunk und entsprechende Endgeräte wie z. B. verbesserte Handys, Personal Digital Assistants (PDA), usw. vorbereitet. Jahrelang wurde bis jetzt über die Konvergenz der Netze und die sich daraus ergebenden Nutzenpotentiale von Anwendungen und Diensten gesprochen und diskutiert. Dieses Kommunikationspotential, das der Mobilfunk mit sich gebracht hat, wurde bis dato hauptsächlich für die Sprachkommunikation genutzt. Die Problematik bei der Datenübertragung bestand bis zum jetzigen Zeitpunkt in der Verfügbarkeit von zu geringer Bandbreite, unzureichenden Endgeräten und schlecht nutzbaren Anwendungen und Diensten. Dies soll durch die dritte Mobilfunkgeneration geändert werden, indem Datengeschwindigkeiten bereitgestellt werden sollen, die vergleichbar sind mit stationären Möglichkeiten wie z. B. DSL. Die Umsetzung und Dynamik die durch entsprechende Anwendungen und Dienste verwirklicht werden können sind gewaltig. Die Suche nach der nächsten Killer Applikation für die dritte Mobilfunkgeneration ist im vollen Gange. Wenn zusätz-

³ Wirtschaftsrat der CDU e.V. Landesverband Hamburg; 2004; Seite 11

Einleitung Seite 3

lich zu diesen verbesserten Grundlagen in der mobilen Datengeschwindigkeit eine technische Plattform zur Verfügung stünde, die Internet und Mobilfunktechnologien verbindet und zwar durch offene Schnittstellen zu allen Netzwerken und gemeinsame Protokolle beinhaltet, so würde diese Plattform letztendlich einen enormen gemeinsamen Nutzen dieser Dienste und Anwendungen ermöglichen. Dadurch wäre ein Potential vorhanden das grenzenlos wäre, indem die Entwicklung neuer Anwendungen vereinfacht werden würde. Das IP Multimedia Subsystem (IMS) ist ein Ergebnis eines solchen Entwicklungsprozesses. In diese Dienstplattform werden sehr viele Hoffnungen gesteckt, da sie auf Standardisierungen, Schnittstellen und Protokollen des Internets basiert. „Das Zusammenwachsen von Internet und Telekommunikation wird in den kommenden Jahren für die gesamte Wirtschaft neue Wachstumsperspektiven und -potenziale erschließen.“ ⁴ Dies verdeutlicht auch die Entwicklungen im Bereich stationärer und mobiler Teilnehmer. Erstmalig ist die Teilnehmerzahl bei den mobilen Zugängen größer als bei den stationären Zugängen und dieser Trendwechsel entwickelt sich weiter.

1.2 Zielsetzung

Diese Arbeit befasst sich mit dem Thema der Integration von Mobilfunk- und Internettechnologien dargestellt am IP Multimedia Subsystem und den daraus folgenden Möglichkeiten, innovative Dienste und Anwendungen zu entwickeln. Das Ziel dieser Arbeit ist es:

⁴ ebd.

⁵ Vgl. UMTS Forum [05]; 2003; Seite 2

Einleitung Seite 4

• die technologische Entwicklung bei den Mobilfunkgenerationen darzustellen.

• die Integration von Mobilfunk- und Internettechnologien durch das IMS zu beschreiben.

• die technologische Architektur des IMS und die technische Umsetzung dieser Dienstplattform aufzuzeigen.

• die Vorteile des IMS aufzuzählen.

• die Möglichkeiten des IMS bei der Umsetzung von Anwendungen und Diensten aufzuzeigen.

• Des Weiteren sollen die Chancen und Risiken dieser Anwendungen und Dienste analysiert werden.

1.3 Aufbau

Nach der Einleitung wird im Kapitel 2. Evolution der Mobilfunknetze‚ zunächst die historische Entwicklung der Mobilfunkgenerationen und der beteiligten Standardisierungsgremien beschrieben werden, die bei der Entwicklung und Spezifizierung der dritten Mobilfunkgeneration und des IP Multimedia Subsystem notwendig waren.

Im darauf folgenden Kapitel 3. IP Multimedia Subsystem (IMS) wird das IMS definiert und die Schlüsselfunktionalitäten werden aufgezählt. Außerdem wird auf die Implementierung von Diensten und Anwendungen im IMS eingegangen. Anschließend werden im Kapitel 4. Analyse der Dienste und Anwendungen die Dienste und Anwendungen hinsichtlich ihrer Nutzungsmöglichkeiten kategorisiert. Dazu werden die Dienste mit dem größtmöglichen Realisierungspotential hervorgehoben und durch drei beispielhafte Anwendungsszenarien bzgl. ihrer Chancen und Risiken betrachtet.

In Kapitel 5. Schlussbetrachtung erfolgt die Zusammenfassung der Chancen und Risiken der potentiellen Anwendungen und der bisher angebotenen Dienste und Anwendungen der vier Mobilfunkbetreiber in Deutschland. In Kapitel 6. Fazit werden die gewonnen Erkenntnisse dieser Arbeit betrachtet und es wird ein kurzer Ausblick in zukünftige Entwicklungen getätigt.

Evolution der Mobilfunknetze

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2 Evolution der Mobilfunknetze

2.1 Historische Entwicklung der Mobilfunkgenerationen Die Geschichte der Mobiltelefonie -Von der analogen zur digitalen Mobilfunkgeneration. Begonnen hat die Entwicklung der Mobilfunkgenerationen im Jahr 1958, mit dem analogen A-Netz. Die Vermittlung des Telefonats erfolgte noch manuell und dadurch wurden die Funkteilnehmer selektiv gerufen. Bis zur Einstellung des A-Netzes im Jahre 1977 nutzten ca. 10.000 Teilnehmer dieses Mobilfunknetz. ⁶ Im Jahr 1972 wurde das B-Netz erfolgreich gestartet. Es nutzte, genauso wie das A-Netz, die analoge Übertragung für Signalisierung und Sprachübertragung. Die Erweiterung gegenüber dem A-Netz bestand darin, dass die Verbindungen im Selbstwählverkehr hergestellt wurden. Eine weitere Einschränkung lag im Handover. Die Teilnehmer mussten genau wissen, wo sich die Mobilstationen befanden. Das B-Netz wurde im Jahr 1980 zu B1/ B2 umbenannt und hatte bis zum Jahr 1985 insgesamt 25.000 Teilnehmer. Die Einstellung erfolgte im Jahr 1994. ⁷ Letztendlich wurde 1981 das C-Netz in Betrieb genommen. Es war zwar immer noch ein analoges Mobilfunknetz, aber die C-Netz Technik beinhaltete bereits die digitale Signalisierung mit leistungsvermittelter Wählverbindung. Des Weiteren hatte das C-Netz ein automatisches Handover und Datenübertragungen waren durchführbar (2,4 kbit/s), aber der Hauptnutzen bestand in der Sprachübertragung. Die ersten mobilen Dienste waren die Rufumleitung und die Sprachspeicherung. ⁸ Nach der Beendigung des letzten analogen Mobilfunknetzes der ersten Mobilfunkgeneration begann 1992 die zweite Mobilfunkgeneration. Die so genannte ´Global System for Mobile Communication´.

⁶ Vgl. DATACOM Buchverlag GmbH [01]; 2005

⁷ Vgl. DATACOM Buchverlag GmbH [02]; 2005

⁸ Vgl. DATACOM Buchverlag GmbH [03]; 2005

Evolution der Mobilfunknetze

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2.2 Global System for Mobile Communication (GSM)

Der Beginn des bis heute erfolgreichsten Mobilfunknetzes, das ’Global System for Mobile Communication (GSM)’, startete im Jahr 1992. ⁹ Es handelt sich hierbei um einen betagten internationalen Standard für den digitalen Mobilfunk. Dieser Standard wurde ursprünglich als paneuropäische Norm für digitale Mobilfunknetze geschaffen, um Roaming grenzüberschreitend zu ermöglichen. ¹⁰ GSM hat sich inzwischen weltweit zur vorherrschenden Norm für digitale Mobiltelefonie entwickelt. Innerhalb von 13 Jahren wurde die GSM Plattform zur erfolgreichsten Technologie und wird heutzutage in über 200 Ländern mit mehr als einer Billionen Teilnehmern verwendet. ¹¹ Diese Technologie wird zurzeit in den Frequenzbereichen 900-MHz, 1800-MHz und 1900-MHz- verwendet. ¹² Für die Realisierung in Deutschland gelten folgende Standards: GSM, in den Netzen D1 und D2, im Frequenzband 900. Der Betreiber ist D1, Telekom (T-Mobil). Das D2-Netz betreibt Vodaphone. Der zweite Standard ist das Digital-Cellular-System-1800 (DCS). Das E1-Netz betreibt E-Plus und O2 betreibt das Netz E2. ¹³ Die Dienste im GSM Netz werden in Grund- und Zusatzdienste aufgeteilt, wie zum Beispiel die GSM Datendienste. Diese Datendienste bieten aufgrund der digitalen Datenübertragung die Zugangsmöglichkeiten für die Sprach-, Fax- oder ISDN Daten an. Die Datengeschwindigkeit betrug in der GSM Spezifikation 9,6 kbit/s. ¹⁴ Seit dem Jahr 2000 existieren folgende Erweiterungen des GSM-Mobilfunkstandards innerhalb der so genannten 2.5 Mobilfunkgeneration:

2.2.1 High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)

HSCSD wurde auf der Cebit 1999 erstmalig von der E-Plus Mobilfunk GmbH & Co vorgestellt ¹⁵ und ist eine leitungsvermittelte Technologie, die

⁹ Vgl. Telefonaktieboglaget L. M. Ericsson [01]; 2005; Seite 5

¹⁰ Vgl. Ihnow, J.; 2002

¹¹ Vgl. GSM Assosiation; 2005

¹² Vgl. Telefonaktieboglaget L. M. Ericsson [01]; 2005; Seite 5

¹³ Vgl. Irmscher, K.; 2003; Seite 38

¹⁴ Vgl. DATACOM Buchverlag GmbH [04]; 2005

¹⁵ Vgl. Wikimedia Foundation Inc.; 2005

Evolution der Mobilfunknetze

Seite 7

von der ’European Telecommunication Standardisation Institute (ETSI)’ für die GSM Spezifikation bei Datenübertragungen entwickelt worden ist. HSCSD ist nicht an 1800 MHz gebunden sondern kann auch von den Betreibern der 900-MHz-Netzwerke, wie z. B. Vodafone, genutzt werden. Mit der HSCSD-Technik sind theoretisch 64 kbit/s erreichbar - in der tatsächlichen Praxis jedoch werden nur 38,4 kbit/s möglich sein ¹⁶ , d. h. bei vier Zeitschlitzen würden 9,6 kbit/s pro Kanal realisiert werden. Theoretisch ist eine Erhöhung auf maximal 14,4 kbit/s erreichbar und das wäre eine Datenübertragungsrate von 57,6 kbit/s. ¹⁷ Die 14,4 kbit/s pro Zeitschlitz werden durch ein effizienteres Fehlerkorrekturverfahren bei den Datenverbindungen erreicht.

2.2.2 General Packet Radio Service (GPRS)

GPRS wurde im Jahr 1999 entwickelt und 2000 für den Konsumentenmarkt freigegeben. Die GPRS-Technik ermöglicht hohe Datenraten durch die Bündelung von Zeitschlitzen so genannte Timeslots in Verbindung mit einem neuen Kodierverfahren. GPRS nutzt das Funkspektrum also effizienter, indem ungenutzte Zellenkapazität ausgeschöpft wird. Bei der Weiterentwicklung des GSM Standards GPRS, sind theoretisch bis zu 160 kbit/s realisierbar. ¹⁸ Aber in der Realität und Praxis werden durch die Nutzung von vier Timeslots nur Datenübertragungsraten von ca. 58 kbit/s erreicht. ¹⁹ GPRS ist eine paketvermittelte Datenübertragungstechnologie und der bis zum heutigen Zeitpunkt letztendlich wichtigste Fortschritt dieser Art von Technologie. 20

2.2.3 Enhanced Data Service for GSM Evolution (EDGE)

EDGE setzt auf bestehende GSM-Infrastrukturen auf, wie das auch zum Beispiel HSCSD und GPRS tun und wurde für eine hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit konzipiert. Diese hohe Datenübertragung soll durch eine Optimierung der Fehlerkorrektur erreicht werden um dadurch eine

¹⁶ Vgl. Heine, G., Sagkob, H.; 2001; Seite 62

¹⁷ Vgl. Telefonaktieboglaget L. M. Ericsson [01]; Seite 11

¹⁸ Vgl. Heine, G., Sagkob, H.; 2001; Seite 63

¹⁹ Vgl. DATACOM Buchverlag GmbH [05]; 2005

²⁰ Vgl. Heine, G., Sagkob, H.; 2001; Seite 63